(57)【要約】  基板を収容した成膜チャンバの真空槽に六フッ化タングステンガス及びモノシランガスを供給する。そして、基板の他の部位よりも導電性が高い部位にタングステンからなる薄膜を選択的に成膜する。この成膜処理の前に、真空槽内にモノシランガスを供給して、モノシランガスを、基板における導電性の高い部位に吸着させる。その後、余剰のモノシランを真空槽から排気するとともに、成膜処置を実行する。また、成膜処理時には、真空槽内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧を上回るように、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスを真空槽に供給する。
2011013812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容した真空チャンバに、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスを供給して、前記基板における他の部位よりも導電性の高い部位に、タングステンからなる薄膜を選択的に成膜する成膜処理を実行する半導体装置の製造方法において、
前記成膜処理の前に、前記真空チャンバ内に前記モノシランガスを供給して前記モノシランガスを前記導電性の高い部位に吸着させ、その後、余剰のモノシランを前記真空チャンバから排気するとともに、前記成膜処理を実行する際に、前記真空チャンバ内での前記六フッ化タングステンガスの分圧が前記モノシランガスの分圧を上回るように前記六フッ化タングステンガス及び前記モノシランガスを前記真空チャンバに供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理では、前記モノシランガスを前記真空チャンバから排気する際に、前記六フッ化タングステンガスの供給経路及び前記モノシランガスの供給経路の両方から不活性ガスを前記真空チャンバに供給することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理では、前記モノシランガスの供給経路から前記モノシランガスを供給し、かつ前記六フッ化タングステンガスの供給経路から不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記六フッ化タングステンガス及び前記モノシランガスを供給する配管、及び前記真空チャンバの内壁の温度を、６０℃以上、且つ１５０℃以下に維持することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板を収容可能な真空チャンバと、
前記真空チャンバに六フッ化タングステンガスを供給する第１のガス供給部と、
前記真空チャンバにモノシランガスを供給する第２のガス供給部とを備え、
前記基板が収容された前記真空チャンバに前記六フッ化タングステンガスと前記モノシランガスとを供給し、前記基板における他の部位よりも導電性の高い部位にタングステンからなる薄膜を選択的に成膜する成膜処理を実行する半導体装置の製造装置において、
前記成膜処理の前に、前記真空チャンバ内に前記モノシランガスを供給して前記モノシランガスを前記導電性の高い部位に吸着させ、その後、余剰のモノシランを前記真空チャンバから排気するとともに、前記成膜処理を実行する際に、前記真空チャンバ内での前記六フッ化タングステンガスの分圧が前記モノシランガスの分圧を上回るように、前記六フッ化タングステンガス及び前記モノシランガスを前記真空チャンバに供給することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項６】
前記第１のガス供給部は、
六フッ化タングステンガス供給部と、
前記六フッ化タングステンガスの供給経路を通して前記真空チャンバに不活性ガスを供給する第１の不活性ガス供給部とを備え、
前記第２のガス供給部は、
モノシランガス供給部と、
前記モノシランガスの供給経路を通して前記真空チャンバに不活性ガスを供給する第２の不活性ガス供給部とを備え、
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理では、前記モノシランガスを前記真空チャンバから排気する際に、前記第１の不活性ガス供給部及び前記第２の不活性ガス供給部の両方から不活性ガスを前記真空チャンバに供給することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理では、前記モノシランガスを前記真空チャンバへ供給する際に、前記第２のガス供給部の前記モノシランガス供給部からモノシランガスを供給し、かつ前記第１の不活性ガス供給部から不活性ガスを供給することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造装置は、更に、前記第１のガス供給部及び前記第２のガス供給部が備える配管、及び前記真空チャンバの内壁の各温度を、６０℃以上、且つ１５０℃以下に維持する温調機構を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法、特に、所望の位置にのみ選択的にタングステンを成膜する選択化学気相成長法（選択ＣＶＤ法）を用いて半導体装置を製造する装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン等の半導体材料からなる基板を備える半導体装置においては、能動素子や受動素子等の複数の構成要素が、絶縁膜に挟まれた状態で基板上に積層されている。複数の構成要素を電気的に接続するため、絶縁膜には、複数の貫通孔が、各構成要素間を結ぶように形成されている。特に、基板に設けられた能動素子とその基板上に積層された多層配線との間には、能動素子と多層配線とを電気的に接続するためのコンタクトホールが設けられている。また、配線間に絶縁層を有する多層配線構造においては、配線間を電気的に接続するためのビアホールが設けられている。コンタクトホール及びビアホールには、モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）等の金属材料が埋め込まれる。埋め込まれた金属材料は、能動素子と配線との間又は多層配線構造における配線間を電気的に接続する配線として機能する。近年、素子間の好ましくない相互作用である寄生効果を抑制でき、熱に対する高い安定性を有するとの観点から、配線材料としてタングステンが広く用いられている。【０００３】
配線の形成方法として、従来からブランケットＣＶＤ法が広く用いられている。ブランケットＣＶＤ法では、コンタクトホール又はビアホールが形成された絶縁層の全面に、配線材料を成長させるためのグルー層として窒化チタン（ＴｉＮ）膜が成膜される。そして、グルー層の全面に、配線材料、例えばタングステンからなる薄膜が形成される。その後、不要な部位の配線材料が除去される。このように、ブランケットＣＶＤ法では、絶縁層の全面にタングステンの薄膜を形成するため、コンタクトホールやビアホールの開口周縁にタングステン膜が成長してその開口面積を狭める、いわゆるオーバーハングが生じる。オーバーハングが生じると、コンタクトホールやビアホールの内部に進入できるタングステンの量が制限されるため、コンタクトホールやビアホールの埋め込みが不十分となる。コンタクトホールやビアホールの埋め込み不良は、コンタクトホールやビアホールの直径が小さくなるほど、特に４０ｎｍ以下であるときに顕著になる。また、ブランケットＣＶＤ法では、成膜後の除去工程が必須であるため、その分、半導体装置の製造工数が増えると共に、除去される材料により製造コストが上昇する。【０００４】
このため、近年、配線材料からなる薄膜をコンタクトホールやビアホールなどの部位にのみ形成する技術として、製造工数の削減と製造コストの低減とを両立できる選択ＣＶＤ法が実施されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２９０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
選択ＣＶＤ法によりタングステンの薄膜を形成する方法として、真空のチャンバ内に六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスとモノシラン（ＳｉＨ４）ガスとを供給してタングステン薄膜を形成するＳｉＨ４還元法が知られている。ＳｉＨ４還元法における六フッ化タングステンガス及びモノシランガスの真空チャンバへの供給パターンとして、以下の３つが考えられる。【０００７】
（Ａ）六フッ化タングステンガスとモノシランガスとを同時に供給する。
（Ｂ）モノシランガスに先行して六フッ化タングステンガスを供給する。
（Ｃ）六フッ化タングステンガスに先行してモノシランガスを供給する。【０００８】
これらのうち、パターン（Ａ）のように六フッ化タングステンガス及びモノシランガスの供給を同時に実行すると、成膜処理の初期段階における核成長が生じ難くなる。このため、タングステンの成膜反応がその初期段階で律速し、半導体装置の生産処理を停滞させる。また、パターン（Ｂ）のようにモノシランガスに先行して六フッ化タングステンガスを供給し、半導体基板を構成するケイ素を成膜対象物として用いると、タングステンの核成長は促進されるものの、六フッ化タングステンと半導体基板の表面にあるケイ素との間で、以下の反応が進行する。その結果、半導体基板の表面が侵食される。【０００９】
２ＷＦ６  ＋  ３Ｓｉ  →  ２Ｗ  ＋  ３ＳｉＦ４
また、パターン（Ｃ）のように六フッ化タングステンガスに先行してモノシランガスを供給すると、半導体基板の表面に散在する反応性の高いモノシラン分子が、その後に供給される六フッ化タングステンガス中の分子と反応する。このため、タングステンの核成長は促進される。しかしながら、モノシランガスは、配線が形成される部位以外に絶縁膜の表面にも存在するようになる。このため、所望の部位とは異なる別の部位にもタングステン薄膜が形成される虞がある。【００１０】
本発明の目的は、選択ＣＶＤ法を用いて所望の位置に選択性良くタングステンの薄膜を形成することの可能な半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の第一の態様によれば、基板を収容した真空チャンバに、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスを供給して、基板における他の部位よりも導電性の高い部位に、タングステンからなる薄膜を選択的に成膜する成膜処理を実行する半導体装置の製造方法が提供される。【００１２】
この製造方法では、成膜処理の前に、真空チャンバ内にモノシランガスを供給してモノシランガスを導電性の高い部位に吸着させ、その後、余剰のモノシランを真空チャンバから排気するとともに、成膜処理を実行する際に、真空チャンバ内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧を上回るように六フッ化タングステンガス及びモノシランガスを真空チャンバに供給する。【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の第二の態様によれば、基板を収容可能な真空チャンバと、真空チャンバに六フッ化タングステンガスを供給する第１のガス供給部と、真空チャンバにモノシランガスを供給する第２のガス供給部とを備え、基板が収容された真空チャンバに六フッ化タングステンガスとモノシランガスとを供給し、基板における他の部位よりも導電性の高い部位にタングステンからなる薄膜を選択的に成膜する成膜処理を実行する半導体装置の製造装置が提供される。【００１４】
この製造装置では、成膜処理の前に、真空チャンバ内にモノシランガスを供給してモノシランガスを導電性の高い部位に吸着させ、その後、余剰のモノシランを真空チャンバから排気するとともに、成膜処理を実行する際に、真空チャンバ内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧を上回るように、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスを真空チャンバに供給する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における半導体装置の製造装置を示す上面図。
【図２】成膜チャンバを示す部分断面図。
【図３】成膜チャンバにガスを供給するタイミングを示すタイミングチャート。
【図４】成膜処理に先行して実行されるモノシランガス供給処理、及び余剰モノシランの排気処理の効果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を具体化した一実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、半導体装置の製造装置には、基板を導入したり取り出したりするための一対の搬入・搬出口１１ａ，１１ｂが隣り合って設けられている。各搬入・搬出口１１ａ，１１ｂに隣接する位置には、前処理チャンバ１２ａ，１２ｂが設けられている。前処理チャンバ１２ａ，１２ｂでは、基板にタングステン薄膜を形成する前の処理として、基板の表面が洗浄される。また、前処理チャンバ１２ａ，１２ｂに隣接する位置には、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂが設けられている。成膜チャンバ１３ａ，１３ｂでは、基板にタングステン薄膜を形成する成膜処理が実行される。成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ間には、熱処理チャンバ１４が設けられている。熱処理チャンバ１４では、前処理した基板に所定の熱を加える熱処理が実行される。半導体装置の製造装置では、一対の搬入・搬出口１１ａ，１１ｂと５つのチャンバ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４とが環状をなしている。
【００１７】
製造装置の中央には、２つの搬入・搬出口１１ａ，１１ｂ及び５つのチャンバ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４のいずれかから次の工程へと基板を移動する際に通過するトランスファチャンバ１５が設けられている。
【００１８】
半導体装置を製造する際、まず、成膜処理の対象となる基板が、搬入・搬出口１１ａ，１１ｂから製造装置内に導入される。搬入・搬出口１１ａ，１１ｂは、導入された基板に対して同じ機能を有している。以下、搬入・搬出口１１ａから基板を導入する場合について説明する。基板において能動素子が形成された面には絶縁膜が設けられ、その絶縁膜には、配線を形成するためのコンタクトホール、又は多層配線を構成するビアホールが設けられている。
【００１９】
基板は、搬入・搬出口１１ａに導入された後、まず、トランスファチャンバ１５を介して、前処理チャンバ１２ａへと搬送される。前処理チャンバ１２ａでは、例えば、絶縁層に設けられたコンタクトホールの底部にある基板の表面、或いはビアホールの底部にある配線の表面から、大気中の酸素との反応物である酸化物層が除去される。基板は、前処理チャンバ１２ａにて前処理された後、トランスファチャンバ１５を介して、熱処理チャンバ１４へと搬送される。熱処理チャンバ１４では、タングステンからなる薄膜と下地との界面における抵抗を低くするため、上記の前処理により露出した下地に対して熱処理が実行される。基板は、熱処理された後、トランスファチャンバ１５を介して、成膜チャンバ１３ａへと搬送される。成膜チャンバ１３ａ内では、基板に設けられたコンタクトホールやビアホール、即ち、他の部位よりも導電性が高い部位に対し選択的にタングステン薄膜を形成するため、選択ＣＶＤ法による成膜処理が実行される。
【００２０】
基板は、成膜処理された後、トランスファチャンバ１５を介し搬入・搬出口１１ａに搬送されてから、製造装置外へと搬出される。搬入・搬出口１１ｂから製造装置に搬入された場合、基板は、搬入・搬出口１１ａから搬入された場合と同様、前処理チャンバ１２ｂによる前処理、熱処理チャンバ１４による熱処理、及び成膜チャンバ１３ｂによる成膜処理が順に施された後、搬入・搬出口１１ｂから製造装置外へと搬出される。
【００２１】
次に、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂの構成、及び成膜チャンバ１３ａ，１３ｂにより実行される成膜処理について、図２及び図３を参照して説明する。
図２に示すように、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂは、真空槽２１を備えている。真空槽２１内には、基板Ｓが載置される基板ステージ２２が設けられている。真空槽２１には、原料ガスである六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガス及びモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを供給するための原料ガスポートＰ１が設けられている。原料ガスポートＰ１の下方には、原料ガスポートＰ１から供給されたガスを真空槽２１内に均一に拡散するためのシャワーヘッド２３が設けられている。
【００２２】
原料ガスポートＰ１には一つの配管が連結され、この配管は、モノシランガス用配管と、六フッ化タングステンガス用配管とに分岐している。モノシランガス用配管及び六フッ化タングステンガス用配管には、ガスの流量を調量するための流量制御部ＭＦＣ１，ＭＦＣ３がそれぞれ設けられている。流量制御部ＭＦＣ１，ＭＦＣ３は、成膜処理及びクリーニング処理に使用されるガスの流量制御を実行する。クリーニング処理では、成膜処理により真空槽２１内の壁や基板ステージ２２等の部材に付着したタングステン薄膜が、クリーニングガスであるフッ素ガスによって除去される。
【００２３】
不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスをモノシランガス用配管へ導入するための不活性ガス用配管が、モノシランガス用配管の流量制御部ＭＦＣ１よりも下流側から分岐している。また、不活性ガスであるアルゴンガスを六フッ化タングステンガス用配管へ導入するための不活性ガス用配管が、六フッ化タングステンガス用配管の流量制御部ＭＦＣ３よりも下流側から分岐している。上記の各不活性ガス用配管には、アルゴンガスの流量を調量するための流量制御部ＭＦＣ２，ＭＦＣ４がそれぞれ設けられている。流量制御部ＭＦＣ２，ＭＦＣ４は、成膜処理及びクリーニング処理に使用される不活性ガスの流量制御を実行する。本実施形態において、流量制御部ＭＦＣ２とこれに接続される不活性ガス用配管とが第２の不活性ガス供給部を構成する。流量制御部ＭＦＣ４とこれに接続される不活性ガス用配管とが第１の不活性ガス供給部を構成する。モノシランガス用配管と流量制御部ＭＦＣ１とがモノシランガス供給部を構成する。モノシランガス供給部と第２の不活性ガス供給部とが第２のガス供給部を構成する。六フッ化タングステンガス用配管と流量制御部ＭＦＣ３とが六フッ化タングステンガス供給部を構成する。また、六フッ化タングステンガス供給部と第１の不活性ガス供給部とが第１のガス供給部を構成する。
【００２４】
基板ステージ２２には、高周波電場を真空槽２１内に印加するための高周波電源２４が接続されている。高周波電場によって、真空槽２１内に導入されたガスがプラズマ化する。真空槽２１には、クリーニングガスを導入するためのクリーニングガスポートＰ２が設けられている。真空槽２１では、原料ガスを用いた成膜処理とクリーニング処理とが交互に繰り返される。クリーニングガスポートＰ２には、クリーニングガスであるフッ素（Ｆ２）ガスと不活性ガスであるアルゴンガスとを同時に真空槽２１に供給するためのクリーニングガス配管が連結されている。クリーニングガス配管には、流量制御部ＭＦＣ５が設けられている。
【００２５】
真空槽２１には、排気ポートＰ３を介してターボポンプ２５が連結されている。ターボポンプ２５が駆動すると、真空槽２１の内圧は、成膜処理又はクリーニング処理に適した圧力に減圧される。真空槽２１、各種ガスが流通する配管類、及び基板ステージ２２には、真空槽２１の内壁、配管類、及び基板Ｓの温度を所定の温度に維持するための温調機構がそれぞれ設けられている。
【００２６】
基板Ｓは、前処理チャンバ１２ａ，１２ｂでの前処理、熱処理チャンバ１４での熱処理を経てから、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内に搬入される。そして、基板Ｓは、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内の基板ステージ２２に載置された状態で、基板ステージ２２に設けられた温調機構により所定の温度に加熱される。その後、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスが、シャワーヘッド２３から均一に拡散して真空槽２１へと供給される。以下の反応式で示される六フッ化タングステンのモノシランによる還元反応は、基板Ｓ上において相対的に導電性の高い部位にて進行する。即ち、選択ＣＶＤ法による成膜が実行される。
・２ＷＦ６  ＋  ３ＳｉＨ４  →  ２Ｗ  ＋  ３ＳｉＦ４  ＋  ３Ｈ２
あるいは、・ＷＦ６  ＋  ２ＳｉＨ４  →  Ｗ  ＋２ＳｉＨＦ３  ＋  ３Ｈ２
基板Ｓにおいて相対的に導電性の高い部位は、選択ＣＶＤ法が利用される製造工程に応じて異なる。例えば、選択ＣＶＤ法をコンタクト配線の形成工程に利用する場合、成膜対象となる基板の表面は、コンタクトホールを有する絶縁膜により覆われると共に、能動素子として基板の表面に形成されたＭＯＳトランジスタ等の不純物拡散領域がコンタクトホールから露出している。この場合、基板Ｓにおいて導電性の高い部位がコンタクトホールの底部にある不純物拡散領域であり、この部位に対し選択的にタングステン薄膜が形成される。これとは別に、選択ＣＶＤ法をビア配線の形成工程に利用する場合、成膜対象となる基板の表面は、ビアホールを有する絶縁膜により覆われると共に、下層配線の一部がビアホールから露出している。この場合、基板Ｓにおいて導電性の高い部位がビアホールの底部にある配線であり、この部位に対し選択的にタングステン薄膜が形成される。
【００２７】
複数の基板Ｓに対して上記の成膜処理が実行されると、クリーニングガス用配管からフッ素ガスとアルゴンガスとが真空槽２１に供給されると共に、高周波電源２４による高周波電場が真空槽２１内で生成されて、クリーニング処理が実行される。このとき、真空槽２１の内壁に付着したタングステン薄膜がフッ素ガスを用いたプラズマと反応し、六フッ化タングステン、トリフルオロシラン（ＳｉＨＦ３）、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）、あるいはフッ化水素（ＨＦ）等のフッ化物が生成される。そして、生成されたフッ化物は、アルゴンガスと共に真空槽２１内から除去される。
【００２８】
ところで、選択ＣＶＤ法による成膜処理に際し、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスの成膜チャンバ１３ａ，１３ｂへの供給パターンとして、以下の３つが考えられる。
【００２９】
（Ａ）六フッ化タングステンガスとモノシランガスとを同時に供給する。
（Ｂ）モノシランガスに先行して六フッ化タングステンガスを供給する。
（Ｃ）六フッ化タングステンガスに先行してモノシランガスを供給する。
【００３０】
パターン（Ａ）の場合、成膜処理の初期段階における核成長が生じ難く、タングステンの成膜速度が律速する。パターン（Ｂ）の場合、モノシランガスに先行して供給した六フッ化タングステンと基板の表面にあるケイ素との間で、以下の反応が進行する。その結果、成膜初期の成長速度は改善されるものの、基板の表面が侵食される。
・２ＷＦ６  ＋  ３Ｓｉ  →  ２Ｗ  ＋  ３ＳｉＦ４
パターン（Ｃ）の場合、六フッ化タングステンガスに先行してモノシランガスを供給すると、基板の表面に吸着したモノシラン分子が、その後に供給される六フッ化タングステンガス中の分子と反応する。このため、成膜初期におけるタングステンの成長速度は改善される。ところが、モノシランガスは、絶縁膜に形成されたコンタクトホールやビアホールに加え、絶縁膜の表面上におけるコンタクトホールやビアホールの周辺にも存在するようになる。このため、所望の部位とは異なる別の部位においてもモノシランと六フッ化タングステンとが反応して、タングステン薄膜が形成される虞がある。
【００３１】
本実施形態では、パターン（Ｃ）のように、成膜処理の前にモノシランガスの供給処理を実行すると共に、モノシランガスの供給処理の後に、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内に存在する余剰なモノシラン、即ち、タングステン薄膜が形成される部位とは異なる別の部位に存在するモノシランを成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内から除去する排気処理が実行される。
【００３２】
以下に、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂにて実行されるモノシランガス供給処理、排気処理及び成膜処理の実行タイミング、及びそれらの処理条件について図３及び図４を参照して説明する。
【００３３】
図３は、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂにて実施されるモノシランガス供給処理時、排気処理時、及び成膜処理時における各種ガスの供給期間を示す。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、モノシラン（ＳＩＨ４）ガス、モノシランガス用配管へのアルゴン（Ａｒ）ガス、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガス、六フッ化タングステンガス用配管へのアルゴンガスの供給期間、及び成膜チャンバ内での六フッ化タングステンガス及びモノシランガスの分圧をそれぞれ示す。
【００３４】
図３に示すように、タイミングｔ１〜タイミングｔ２に渡り、真空槽２１内に、モノシランガス用配管からモノシランガスと、六フッ化タングステンガス用配管からアルゴンガスとが供給される。モノシランガスは、基板Ｓ上の導電性が高い部位に吸着すると共に、それ以外の部位にも存在するようになる。モノシランガス供給処理では、例えば、モノシランガスの流量を５．９×１０３Ｐａｍ３／ｓ(１０ｓｃｃｍ)、アルゴンガスの流量を１１．８×１０３Ｐａｍ３／ｓ(２０ｓｃｃｍ)、及び真空槽２１の内圧を０．４Ｐａに設定して、１５秒間維持する。
【００３５】
その後、タイミングｔ２〜タイミングｔ３に渡り、モノシランガス用配管からアルゴンガスが供給されると共に、六フッ化タングステンガス用配管からも引き続きアルゴンガスが供給される。このようにして真空槽２１内にアルゴンガスを供給することで、コンタクトホールやビアホールにおけるタングステン薄膜の形成に寄与しない余剰のケイ素が除去される。排気処理では、例えば、モノシランガス用配管及び六フッ化タングステン用配管のアルゴンガスの流量を８．９×１０３Ｐａｍ３／ｓ(１５ｓｃｃｍ)、真空槽２１の内圧を０．４Ｐａに設定して、１秒間維持する。
【００３６】
その後、タイミングｔ３〜タイミングｔ４に渡り、モノシランガスと六フッ化タングステンガスとが真空槽２１内に供給される。これにより、成膜処理が開始されて、基板のコンタクトホールやビアホールに対し選択的にタングステン薄膜が形成される。この成膜処理では、例えば、六フッ化タングステンガスの流量を１１．８×１０３Ｐａｍ３／ｓ(２０ｓｃｃｍ)、モノシランガスの流量を５．９×１０３Ｐａｍ３／ｓ(１０ｓｃｃｍ)、及び真空槽２１の内圧を０．４Ｐａに維持しつつ、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧よりも高くなるように、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスが真空槽２１内に供給される。
【００３７】
本願発明者は、タイミングｔ１〜タイミングｔ２に渡りモノシランガス供給処理とタイミングｔ２〜タイミングｔ３に渡る排気処理とを上記の条件で実行した場合、タングステン薄膜が３０ｎｍ／分の成膜速度で選択的に形成されることを確認した。よって、成膜時間を適切に選択するだけで、所望の厚さのタングステン薄膜を選択的に得ることができる。
【００３８】
こうした一連の処理は、トリフルオロシラン（ＳｉＨＦ３）、ヘキサフルオロケイ酸（ＳｉＨ２Ｆ６）等のＳｉＨｘＦｙという化学式で表されるタングステン以外の反応生成物やガス成分の各種部材への吸着を抑制するため、真空槽２１の内壁や各種ガスを供給する配管の温度を８０℃に維持するように、真空槽２１及び配管が温調機構によりそれぞれ加熱される。また、基板ステージ２２に載置された基板Ｓの温度を２８０℃に維持するように、基板ステージ２２が温調機構により加熱される。
【００３９】
次に、成膜処理の前に実行されるモノシランガス供給処理と、余剰モノシランを排気する排気処理とによって得られる効果を、図４を参照して説明する。
図４は、モノシランガス供給時間と排気処理の有無とが、成膜処理時の選択性に与える影響を示す。図４のグラフは、左側から順に、「モノシランガス供給処理なし」、「モノシランガスを１秒間供給・排気処理なし」、「モノシランガスを５秒間供給・排気処理なし」、「モノシランガスを５秒間供給・排気処理あり」、及び「モノシランガスを１５秒間供給・排気処理あり」の各条件での選択性の破れの発生数をそれぞれ示す。選択性の破れは、２００ｍｍのウェハ１枚当たりに存在する核サイズが８０nm以上であるタングステンの核の個数を示す。
【００４０】
図４に示すように、成膜処理の前にモノシランガスの供給を行わない場合、選択性の破れは１０個以上且つ１００個未満であった。また、成膜処理の前にモノシランガス供給処理を１秒間実行した場合、選択性の破れは１０００個以上且つ１００００個未満であった。また、成膜処理の前にモノシランガス供給処理を５秒間実行した場合、選択性の破れは１００００個以上且つ１０００００個未満であった。これに対し、真空槽２１内の余剰モノシランを除去するために排気処理を実行すると共にモノシランガス供給処理を５秒間実行した場合、選択性の破れは１０個以上且つ１００個未満であった。また、排気処理を実行すると共にモノシランガス供給処理を１５秒間実行した場合も、選択性の破れは数十個であった。
【００４１】
このように、成膜処理の前にモノシランガス供給処理を実行し、その後排気処理を実行すれば、選択性の破れを、モノシランガスの供給処理を実行しない場合と同程度に抑えることができる。また、モノシランガス供給処理の条件が同一である場合、例えば、モノシランガスの供給を５秒間実施すると共にモノシランガス供給処理の後に排気処理を行うことによって、選択性の破れを１／１０００程度に抑えることができる。
【００４２】
本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）成膜処理の前にモノシランガス供給処理を実行し、その後排気処理を実行することにより、基板Ｓの導電性が高い部位に吸着したモノシランと、成膜処理時に供給された六フッ化タングステンガスとを反応させることができる。これにより、成膜処理の初期段階におけるタングステンの核成長が促進される。また、モノシランガス供給処理後及び成膜処理前に、基板Ｓの導電性が高い部位に吸着しなかったモノシランが成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内から排気される。これにより、排気処理を実行しない場合と比較して、導電性の高い部位に該当しない絶縁層上に存在するモノシランを減少させることができる。よって、基板Ｓ上では、導電性の高い部位にのみタングステン薄膜を形成でき、いわゆる成膜処理時の選択性の破れを抑制することができる。従って、タングステンからなる薄膜を、所望の位置に選択性良く形成することができる。選択性破れの抑制効果は、真空チャンバ内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧を上回る条件下で成膜処理が実施される場合に、より顕著になる。
【００４３】
（２）モノシランガスを排気する排気処理時、六フッ化タングステンガス用配管とモノシランガス用配管とからそれぞれアルゴンガスが供給される。これにより、不活性ガスが余剰なモノシランガスに衝突して、モノシランガスの排気効果が向上する。よって、余剰なモノシランガスが確実に排気されるため、排気処理の処理時間が短縮される。また、排気処理に用いるアルゴンガスの供給量を十分に確保できる。
【００４４】
（３）六フッ化タングステンガス用配管に連結されたアルゴンガス供給部、及びモノシランガス用配管に連結されたアルゴンガス供給部のいずれか一方に不具合が生じても、正常なアルゴンガス供給部からアルゴンガスを供給することができる。このため、信頼性の高い製造装置、及び信頼性の高い半導体装置の製造装置を提供することができる。
【００４５】
（４）モノシランガス供給処理時、真空チャンバ内には、モノシランガスと不活性ガスとが供給される。このとき、六フッ化タングステンガス用配管を使用しない状態では、モノシランガスが六フッ化タングステンガス用配管内に逆流する虞がある。そのため、逆流したモノシランガスと、六フッ化タングステンガス用配管内に残存している六フッ化タングステンガスとが反応し、六フッ化タングステンガス用配管内に反応生成物が吸着する虞がある。その結果、成膜処理時に、六フッ化タングステンガス用配管から六フッ化タングステンガスと共に反応生成物が真空槽２１内に供給されて、基板Ｓの絶縁膜上に反応生成物が付着し、半導体装置の歩留まりを低下させてしまう虞がある。
【００４６】
その点、本発明によれば、モノシランガス供給処理時、モノシランガス用配管からモノシランガスが供給されると同時に、六フッ化タングステン用配管からアルゴンガスが供給される。これにより、六フッ化タングステンガス用配管へのモノシランガスの逆流を抑制することができる。よって、六フッ化タングステンガスとモノシランガスとの反応を回避でき、その反応生成物に起因して半導体装置の歩留まりが低下することを抑制できる。
【００４７】
（５）成膜処理時に、モノシランによって六フッ化タングステンが還元されて、タングステンからなる薄膜が形成される。しかしながら、六フッ化タングステンガスとモノシランガスとの反応生成物には、タングステン以外にも、トリフルオロシラン（ＳｉＨＦ３）やヘキサフルオロケイ酸（ＳｉＨ２Ｆ６）等のＳｉＨｘＦｙという化学式で表される化合物も含まれる。こうした化合物は、モノシランガス用配管や六フッ化タングステンガス用配管及び真空槽２１の内壁に付着し、成膜処理中に配管や真空槽２１の内壁から脱離する虞がある。そして、脱離した物質が基板Ｓの絶縁膜上等、タングステン薄膜が成膜されない部位に付着し、六フッ化タングステンと還元反応することで、タングステン薄膜が形成される虞がある。
【００４８】
その点、本発明によれば、六フッ化タングステンガス用配管、モノシランガス用配管、クリーニングガス用配管の温度及び真空槽２１の内壁の温度を８０℃に維持することにより、温度が低いことに起因して六フッ化タングステンガスとモノシランガスとの反応性生物であるＳｉＨｘＦｙが上記各配管や真空槽の内壁に付着することを抑制できる。また、温度が高いことに起因してＳｉＨｘＦｙの熱分解生成物が発生することも抑制できる。なお、配管や真空槽２１の内壁の温度は、６０℃以上且つ１５０℃以下の範囲に設定され、好ましくは８０℃程度に設定される。
【００４９】
上記の各実施形態を以下のように変更してもよい。
・１枚の基板Ｓを成膜処理する毎に、クリーニング処理を実行してもよい。
・クリーニングガスとして、フッ素ガス以外に、六フッ化ケイ素（ＳｉＦ６）、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）を用いてもよい。
【００５０】
・排気処理時に真空槽２１内に供給される不活性ガス、及びクリーニングガスと同時に供給される不活性ガスとして、アルゴンガス以外に、窒素（Ｎ２）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスを用いてもよい。
【００５１】
・成膜処理、モノシランガス供給処理及び排気処理に渡り、各種配管及び成膜チャンバ１３ａ，１３ｂの内壁の各温度は、６０℃以上且つ１５０℃以下に維持すればよい。
・排気処理時に、六フッ化タングステンガス用配管に連結されるアルゴンガス用配管と、モノシランガス用配管に連結されるアルゴンガス用配管とからアルゴンガスを供給したが、六フッ化タングステンガス用配管のアルゴンガス用配管のみからアルゴンガスを供給しても、（１）の効果を得ることができる。
【００５２】
・六フッ化タングステンガス用配管に連結される不活性ガス用配管と、モノシランガス用配管に連結される不活性ガス用配管とを備えていたが、六フッ化タングステンガス用配管に連結される不活性ガス用配管のみを備えてもよい。この場合であっても、（１）〜（５）の効果を得ることができる。
【００５３】
・半導体装置の製造装置は、搬入・搬出口１１ａ，１１ｂ、前処理チャンバ１２ａ，１２ｂ、及び成膜チャンバ１３ａ，１３ｂをそれぞれ２つずつ備えていたが、搬入・搬出口、前処理チャンバ、成膜チャンバを１つずつ備えてもよい。また、各種チャンバ、及び搬入・搬出口の数を任意に設定してもよい。
【００５４】
・半導体装置の製造装置は、成膜チャンバの他に、前処理チャンバ、熱処理チャンバ、及びトランスファチャンバを備えていたが、搬入・搬出口及び成膜チャンバのみを備えてもよく、成膜チャンバに搬入・搬出口を設けてもよい。この場合であっても、（１）〜（５）の効果を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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